來源：生物通

WEHI 科學家開展的一項具有里程碑意義的研究為生物學最基本的謎團之一提供了新的視角：細胞如何分裂并生長成構成我們身體的復雜結構。這項研究產生了一種先進且領先的新技術，用于在胚胎發育早期追蹤細胞，追蹤它們如何分裂、遷移并分化成維持我們生命的器官、組織和系統。

這項名為 LoxCode 的創新技術為轉基因小鼠的每個細胞提供了數十億個獨立 DNA 條形碼中的一個，從而可以對它們進行前所未有的詳細追蹤。

該研究發表在《細胞》雜志上，為世界各地的科學家開辟了新的領域，使他們能夠更好地了解我們如何生長、治愈和抵抗感染。

摘要：

• 研究人員開發出一種新的、復雜的方法，可以追蹤受孕后幾天內的細胞，并在細胞分裂和生長形成人體組織、器官和系統的過程中追溯它們的譜系。

• WEHI 團隊開發的 LoxCode 技術采用了類似于洗牌的過程，但在 DNA 層面上，可以創建數十億個單獨的條形碼，從而可以對細胞進行前所未有的詳細追蹤。

• 這項創新技術已被世界各地的研究人員所利用。

生命藍圖的出現比我們之前認為的要早

令人難以置信的是，每個人都是從一個名為受精卵的創始細胞開始的。

從那一位始祖細胞開始，特化的細胞逐漸形成，構成了我們一切的細胞，從皮膚、大腦到血液和骨骼。細胞究竟如何決定其未來發展，以及它們之間如何相互關聯，長期以來一直是科學之謎。

確定細胞將會變成什么樣子不僅對于理解正常發育很重要，而且對于確定何時以及為何出現問題，從而導致疾病和紊亂也很重要。

首席研究員Shalin Naik教授表示，這項新技術已經在世界各地的眾多實驗室中使用，它使科學家能夠在胚胎發育的早期追蹤細胞的最終命運。

“當生命還只是一個由幾百個細胞組成的球體時，我們發現一些細胞可以單獨發育成身體中的每一種組織，而其他細胞則注定會發育成某種類型的組織，比如大腦、腸道、四肢或血液，”WEHI 實驗室負責人 Naik 教授說道。

“最讓我興奮的是 LoxCode 所推動的研究的爆炸式增長——并不是每天都能創造出一種被廣泛使用的工具，并且能夠在最深層次上改變我們對身體運作方式的理解。”

該研究的主要作者兼 LoxCode 發明者Tom Weber博士表示，這項技術就像洗牌和分發一副牌，只不過是在 DNA 層面上。

“有了LoxCode，每個細胞都擁有獨一無二的基因，并由其后代繼承，最終形成完整的生物體。這就創建了一個可追蹤的條形碼，使我們能夠以前所未有的細節洞察這一基本過程。”Weber博士說道。

通過細胞祖先分析實現更好的治療

通過將細胞追溯到其祖先細胞，LoxCode 預示著未來可以發現發育障礙的早期根源。

作為研究的一部分，研究小組開發了一種基因工程小鼠模型，該模型可以對細胞進行條形碼編碼，并通過現成的 DNA 測序技術進行分析。

LoxCode 將徹底改變生物醫學和發展研究，它能夠在活體小鼠組織內按需生成多達 300 億個隨機 DNA 條形碼，比現有技術多出數萬倍。

目前，全球有許多項目正在使用該模型來研究廣泛的研究問題，從大腦發育和免疫細胞行為，到中風后器官如何生長和組織如何再生。

Weber 博士運用他的物理學、合成生物學和數學知識來優化 LoxCode 序列的設計，該序列僅用 13 個小片段 DNA 就創造出了超過 300 億個條形碼的多樣性。

他說：“LoxCode 本質上是對小鼠每個組織、每個細胞進行的 DNA 祖先測試，它可以幫助研究人員研究和解開生命中的一些最大謎團。”

參考文獻

LoxCode in vivo barcoding reveals epiblast clonal fate bias to fetal organs

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